Исследование муравейника в еловом лесу

Лес – красота русской природы. В волшебной тишине шелестит густая листва и нежные солнечные лучи вселяют в сердце молодость и радость жизни. Свежесть воздуха, аромат цветов, жужжание насекомых, пение птиц, грибы, ягоды – все это составляет гармонию леса, тайны которого далеко еще не разгаданы. Лес – это сложная экосистема, где все компоненты связаны между собой.

Насекомые поселяются на лесной подстилке, на травянистых растениях, некоторые придерживаются опушек, другие любят открытые пространства – поляны, а многие заселяют дерево. Каждую из относительно однородных территорий эколог рассматривает как природную биологическую единицу, называемую сообществом или биоценозом. Между организмами одного сообщества существуют жизненно необходимые связи. Все эти связи создают систему зависимостей, объединяющую всех обитателей в единое экологическое целое.

У отрогов Заганского хребта в долине реки Хилок расположилось небольшое село Шибертуй Бичурского района. С крутых южных склонов, обращенных в долину Хилка, берет начало мелкая горная речушка Шибертуйка, протекающая через село. На правом берегу Шибертуйки в окрестностях села растет еловый лес с голубыми елями, являющихся уникальным природным комплексом. Учителя и ученики Шибертуйской средней школы проложили учебную экологическую тропу «Хасуури». Одной из основных объектов для познавательных экскурсий на экологической тропе является станция «Муравьиный город», где расположено множество муравейников. Муравьев называют санитарами леса. Одна семья за лето уничтожает свыше 100000 насекомых. Но не только в этом заключается роль муравьев. Они распространяют семена лесных растений: подмаренника, звездчатки, иван-да-марья и другие. Обогащая лес травами, муравьи способствуют развитию насекомых – опылителей и др. Травяной покров улучшает почвы леса, что увеличивает количество грибов и ягод в лесу. Муравьями питаются дятлы, глухари, тетерева, синицы и другие обитатели леса. Разрушающие муравейники подвергаются административному штрафу. Это меры обусловлены той пользой, которую приносят муравьи.

С давних времен люди почитают муравьев. В народе говорят:»У муравья голова с просяное зернышко, а ума палата», «Ступай к муравью, ленивый, поучись благоразумию». В этих изречениях много смысла и содержания.

Зная, какую пользу приносят муравьи, мы решили проводить исследования и наблюдать за муравьями на нашей экологической тропе. Первые наблюдения и исследования начались летом 2001 года, работа проводится до настоящего времени. При изучении жизни муравьев натуралисты преимущественно прибегали к опытам. Мы пользовались отрывками из книги профессора К. Шеффера «Опыты над живою природою». Книга представляет собой краткое и в то же время достаточно полное руководство к постановке биологических экспериментов в школе и дома. В Москве эта книга вышла в 1923 году и пользовалась большой популярностью у читателей. С тех пор она не переиздавалась и в настоящее время является редкостью.

Цель исследований: изучение заселенности муравьями елового леса, выявить взаимоотношения муравьев, определить роль муравьев.

Основная роль в школьном экологическом мониторинге принадлежит визуальным методам (наблюдения за насекомыми).

Строение и образ жизни муравьев

Муравьи принадлежат к отряду перепончатокрылых и представляют большой интерес в биологическом отношении, так как у них «общественная» жизнь складывается еще более в сложных формах, чем у ос и пчел.

У муравья тело разделено на три отдела - голову, грудь и брюшко. На голове расположены сложные глаза, одна пара усиков, а на груди три пары ног. Органы дыхания насекомых- трахеи, которые представляют собой сильно разветвленную систему. Органы выделения - многочисленные трубочки, впадающие в задний отдел кишки, где из продуктов выделения стенками кишки всасывается вода. В полости тела насекомых имеются жировые клетки с запасом питательных веществ и воды. У муравьев высоко развита нервная система и органы чувств.

Состав колонии. В солнечный летний день - обыкновенно после полудня -возле муравейника удается иногда наблюдать интересную картину брачного вылета молодых самок и самцов. И те, и другие отличаются от обыкновенных рабочих муравьев более крупной величиной и большими крыльями. Самцы после брачного полета погибают, погибает и некоторая часть самок (в это время за муравьями охотятся птицы и стрекозы), а уцелевшие самки возвращаются в гнездо или основывают новую колонию. Спустившись на землю, молодые матки обрывают у себя крылья, которые в дальнейшем только бы мешали им при их жизни внутри гнезда, а затем в течение нескольких лет занимаются откладкой яичек. В отличие от пчел, у муравьев бывает в одном гнезде по нескольку маток. Большинство населения муравейника состоит из бескрылых рабочих муравьев – особой формы самок, приспособленных не для размножения, а для выполнения различных работ. На их долю приходится постройка и починка общего гнезда – муравейника, уход за яйцами, личинками и куколками, доставка провизии, защита муравейника и борьба с муравьями других видов, принимающая иногда характер настоящих военных действий. У некоторых видов, кроме обычной формы рабочих, имеются еще так называемые «солдаты» - крупные и сильные женские особи, вооруженные огромными челюстями и применяющие этот орган преимущественно для целей защиты и нападений.

Муравьи сооружают гнезда возле пней, деревьев и т. д. Гнездо сооружается их хвоинок, обломков веточек, кусочков коры и комочков почвы. Конусообразная форма гнезда способствует хорошему прогреванию и стоку воды. Надземный конус – надежная защита подземной части гнезда, где размещаются многочисленные камеры и ходы с потомством муравьиной семьи.

Семья состоит из нескольких самок и десятков тысяч рабочих муравьев. Рабочие муравьи ухаживают за яйцами, личинками и куколками. В солнечные дни они выносят куколок на поверхность гнезда для просушки, прогрева и чистки, а на ночь уносят в глубину гнезда. В конце весны или начале лета из куколок развиваются крылатые самки, самцы. После брачного полета самцы погибают. У самок рабочие муравьи отгрызают крылья, и они приступают к откладке яиц.

От главного дома отходят тропы. Они прокладываются рабочими муравьями и поливаются пахучими веществами – феромонами. С их помощью муравьи находят дорогу к дому, узнают членов своего семейства. Феромоны отличаются летучестью, поэтому старые дорожки быстро стираются, а это значит, что они не сбивают муравьев при поиске пищи.

Некоторые феромоны оповещают об опасности. Но сигналы неустойчивы. За 13 секунд запах исчезает. Если бы феромоны были устойчивы, то члены семьи были бы в постоянной панике. Язык химического общения дополняется языком жестов. Но здесь еще много загадок. В настоящее время разгадано только 14 сигналов-жестов. Если на

- 5 – стволе дерева обнаруживается цепочка бегущих муравьев, то на этом дереве живет тля. Тля сосет соки деревьев. Для содержания потомства ей нужны белки. Чтобы их получить в достаточном количестве, она высасывает много сока. Излишки глюкозы тля выделяет во внешнюю среду. Эту глюкозу и слизывают муравьи. Поэтому они защищают и живут с ней в дружбе.

Методика исследований.

Организуя исследования на последней станции «Муравьиный город» учебной тропы «Хасуури» разделили его на несколько этапов: а) подготовительный этап б) исследовательский этап

Подготовительный этап. На этом этапе нам нужно определить, что мы знаем о взаимоотношениях и роли муравьев, установить источники и продумать, как они могут быть использованы. О муравьях мы знали действительно мало и обратились в школьную библиотеку. Мы подготовили доклады и сообщения о муравьях их роли в лесу и выступили перед школьниками.

Исследовательский этап. На этом этапе мы проводим изучение муравейников в еловом лесу по программе школьного экологического мониторинга. В настоящее время под мониторингом понимается непрерывное слежение за естественными и антропогенными процессами и за теми изменениями, которые возникают под их влиянием в окружающей среде. Важнейшими условиями мониторинга являются быстрота получения информаций для познания, вызванных человеком. Основная роль в школьном экологическом мониторинге принадлежит визуальным методам (наблюдения, опыты над муравьями).

Мы проводим следующие исследования:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАСЕЛЕННОСТИ ЛЕСА РЫЖИМИ МУРАВЬЯМИ.

ОБОРУДОВАНИЕ: Две полуметровые рейки с делениями через 5 см. , компас, рулетка.

ХОД РАБОТЫ: 1. Определим размер гнезда по высоте и диаметру его купола. Рассмотрели и описали строительный материал гнезда. Муравьиное гнездо (куча) обычно имеет конусовидную форму и состоит из мелких веток, хвои, комочков почвы и кусочков коры. Высота гнезда 1 м, диаметр купола 0, 56 м. ,

2. Описали месторасположение муравейника:

- характер леса; смешанный с преобладанием ели.

- основные виды деревьев; ель, сосна, лиственница, береза; кустарников: боярышник, смородина

- травянистых растений: одуванчик, герань лесная, клевер и т. д. ,

3. Нашли муравьиные тропы и обозначили их на плане.

Отметили на плане и деревья, к которым они идут. Наблюдения троп определили по компасу, а длину троп измерили рулеткой.

№ тропы длина тропы направление основной вид добычи Растения, к которым идут тропы

1 10 метров З-В вредные насекомые береза

2 15 метров С-В береза

3 20 метров З-В береза

На каждой тропе (на расстоянии 1-1,5 от гнезда в течение 15 минут отлавливали всех возвращающихся муравьев). Данные занесли в дневник.

Произвели учет количества муравьиных гнезд на обследуемой территории

ВЫВОД: На обследуемой территории достаточное количество муравьиного населения. Но все-таки муравейники нужно беречь. Разрушающие муравейники должны подвергаться административному штрафу.

ОПЫТЫ НАД МУРАВЬЯМИ

ОТНОШЕНИЕ МУРАВЬЯ К ПОДНЕСЕННОЙ К НЕМУ ПАЛОЧКЕ

В теплый летний день на муравейнике и в его окрестностях идет кипучая работа.

Целые вереницы муравьев, придерживаясь определенных дорог, движутся от муравейника и по направлению к нему. Нередко можно видеть вереницу муравьев, поднимающихся на ель для того, чтобы подоить тлей, водящихся на коре. В этом случае можно заметить, что у муравьев, спускающихся с деревьев, брюшко, в котором кроме желудка располагается и отдельный мешок, являющийся расширением кишечника,- так называемый зоб, сильно раздуто пищею, так, что можно видеть даже светлые соединительные перепоночки между сегментами брюшка. Если приблизить к такому муравью палец или маленькую палочку, то он поднимает с древесной коры передние ноги, поднимает голову и грудь как можно выше и раскрывает угрожающе свои острые верхние челюсти. Одновременно брюшко его изгибается, таким образом, книзу, что его задний конец оказывается направленным вперед. Это возможно благодаря стеблевидному утончению первых сегментов брюшка. Если приблизить палочку или соломинку к насекомому, то оно вонзает в этот предмет свои челюсти.

ПРИСУТСТВИЕ МУРАВЬИНОЙ КИСЛОТЫ

Взяли кусочек синей лакмусовой бумаги, применяемой химиками для открытия кислот, и приблизили к муравью. Как только мы поднесли ее достаточно близко к концу брюшка муравья, она станет красной. Это объясняется и тем, что муравей выбрасывает целый заряд муравьиной кислоты из своего брюшка, для того чтобы испугать или оглушить нападающего противника. Если вместо бумажки приблизить палец, он получает кисловатый запах.

Чтобы еще лучше убедиться в присутствии муравьиной кислоты, мы положили чистый носовой платок на муравейник , на поверхности которого много муравьев. Через несколько минут подняли платок, стряхнули муравьев и понюхали его – он будет пахнуть резко муравьиной кислотой т. к. получил за это время несколько сот зарядов выстрелянных из ядовитых желез муравьев ; точно также если и руку поддержать некоторое время над муравейником ,она получит такой же резкий запах.

УТАСКИВАНИЕ МУРАВЬЯМИ ДОБЫЧИ

Кроме сахаристого сока, который рыжие муравьи добывают, как бы доя некоторых тлей, они питаются также трупами животных. Нередко приходиться видеть, как даже довольно крупное насекомое, например навозные жуки, подвергаются нападениям муравьев и погибают от бесчисленных укусов и от проникающей в раны муравьиной кислоты. Если положить мертвое насекомое или паука на дороге муравьев, то очень скоро несколько муравьев захватывают его и тащат добычу в муравейник. где она и пожирается.

УБИРАНИЕ КУКОЛОК МУРАВЬЯМИ

Разрывая муравейник, приходиться всегда наталкиваться на большое количество куколок, которые ошибочно называются в просторечии муравьиными яйцами. Если

- 7 - разрыть муравейник настолько, что обнаружится слой, содержащий куколки, то муравьи обнаруживают страшнейшее волнение. Большинство бегает, по-видимому, безо всякой определенной цели, но многие муравьи тот час же начинают заниматься собиранием куколок, а также личинок яиц и отталкиванием их в не разрушенную часть муравейника, Это явное проявление инстинкта заботы о потомстве невольно поражает каждого, видящего его в первый раз.

ЗНАЮТ ЛИ МУРАВЬИ ДРУГ ДРУГА?

Когда наблюдаешь муравьев за постройкой муравейника, за добыванием пиши и за заботами о потомстве, действующими так целесообразно и согласно, то невольно напрашивается вопрос: знают ли муравьи определенного муравейника друг друга?

При огромном количестве обитателей муравейника, конечно немыслимо чтобы каждый из них знал каждого в отдельности ,но спрашивается ,не могут ли как-нибудь различать обитатели одного муравейника своих сотоварищей от других муравьев? Ответ на вопросы дает несколько простых опытов. Посадили на муравейник рыжих муравьев взятого из другого муравейника, удаленного от данного. но принадлежащего к тому же виду. Чужой муравей тотчас же подвергается нападению со стороны хозяев. Если мы возьмем муравья с дороги, которая ведет от муравейника, и посадим его на этот же муравейник, на него муравьи не нападают, даже в том случае, если взять его с места, очень далеко относящего от муравейника. Из этого следует, что муравьи отличают обитателей своего муравейника от чужих пришельцев того же вида. Объясняет это явление предположение - что каждый муравейник имеет определенный запах, который свойственен и отдельным его обитателям. Имея в виду, что и другие явления свидетельствуют о чрезвычайно тонкой способности муравьев различать запахи, мы должны допустить полную вероятность такого толкования.

ВРАЖДЕБНОЕ ОТНОШЕНИЕ К ЧУЖИМ ВИДАМ МУРАВЬЕВ

Гораздо менее удивительно, что муравьи одного вида нападают обыкновенно на муравьев другого вида, посаженных в их муравейник. В этом также нетрудно убедиться путем опыта. Замечательно притом, что нередко и очень крупные муравьи подвергаются нападению со стороны чрезвычайно мелких видов. Чтобы наблюдать это мы посадили рыжего лесного муравья в гнездо черного муравья. Он тот час же подвергнется нападению этих мелких муравьев и будет умерщвлен. Рыжий муравей обнаруживает совершенно другое отношение, чем садовый муравей. Его дороги гораздо шире, чем дороги садового муравья, и, следовательно, насекомые являются не так рабски привязанными к узкой полоске земли. Это обнаруживается и при исследовании окрестности муравейника – там можно встретить множество отдельных муравьев, бегущих по разным направлениям и нередко далеко отходящих от муравейника безо всякой дороги. У черного муравья этого никогда не случается. Рыжие муравьи, по-видимому, гораздо лучше знают окрестности муравейника или по крайней мере легче ориентируются по признакам, улавливаемым зрением. Это можно доказать следующим образом.

ОРИЕНТИРОВКА С ПОМОЩЬЮ ЗРЕНИЯ

Дотронулись веткой до муравейника, стоящего в нескольких метрах от узкой лесной тропинки. На ветке оказывается довольно много муравьев, вцепившихся в нее челюстями. Стряхнули этих муравьев затем на тропинку, они разбежались во все стороны, но мы последили за ними, то увидели, что они сойдут с тропинки лишь в ту сторону, которая направлена к муравейнику , никоим образом не в противоположную сторону. Это указывает на ориентировку с помощью зрения.

ЗАТЕМНЕНИЕ ДОРОГИ МУРАВЬЕВ

Можно доказать путем опытов, что черный муравей мало пользуется своими глазами или даже вовсе не пользуется для ориентировки своими глазами. Приготовили длинный и узкий деревянный ящичек без крышки длиною около 1 метра и опрокинули его вверх дном на дорогу, проложенную муравьями , вырезав предварительно в поперечных стенках отверстия, чтобы муравьи могли удобно проходить. Таким образом, получается как бы тоннель, в который проникает очень мало света. Несмотря на темноту, муравьи, однако нисколько не сбиваются с пути. С этим стоит в полном соответствии и то обстоятельство, что ночью муравьев также можно встретить на их дорогах. Во всяком случае, было бы ошибочно заключать из этого, что муравьи вовсе не могут пользоваться своими глазами.

Вполне возможно, что глаза муравьев чувствительны для лучей света, который не действует на наши глаза, и не кажутся нам светлыми и что эти лучи проникают сквозь стенки ящика, не пропускающие обыкновенные лучи. Поэтому мы поставили другой опыт.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО, ЧТО МУРАВЬИ ОРИЕНТИРУЮТСЯ НЕ С ПОМОЩЬЮ ГЛАЗ

Положили рядом с самой дорогой муравьев по обеим сторонам ее большое количество мелких камешков на расстоянии 2 см. один от другого. Муравьи нисколько не будут сбиты с толку этим изменением окружающего. Уже из этого можно было бы сделать заключение, что- либо они не имеют обыкновения обращать внимание на такие видимые признаки, либо просто недостаточно ясно видят. Более убедительной, однако, является вторая часть опыта. Именно после того, камешки пролежат несколько дней, положили их таким образом ,чтобы оба ряда наискось пересекали дорогу , но чтобы ни один все же не лежал на самой дороге. Муравьи в предыдущие дни имели возможность привыкнуть к камням как к признакам дороги, но, несмотря на это, они не сбиваются с толку, придерживаются совершенно спокойно прежнего пути. Это может служить доказательством, что для них гораздо важнее иные признаки дороги, именно следы , запахи. Теперь мы можем признать вполне вероятным, что и в самом деле при передвижении в темноте муравьи не пользуются глазами.

В результате проведения исследований мы пришли к следующим выводам, что муравьи в наших лесах одни из самых полезных насекомых. Наибольшую пользу приносят рыжие лесные муравьи. В этом можно убедиться, наблюдая за возвращающимися к муравейнику его обитателям и определяем количество насекомых-вредителей, ставших их добычей за «рабочий день». Для кормления самок и для выращивания расплода муравьям необходима белковая пища -различные насекомые. Особенно охотно муравьи поедают голые личинки насекомых. Кормовой участок отдельного гнезда рыжих лесных муравьев достигает 1-2 га. И если в этом районе какой-либо вредитель лесных культур начинает размножаться в большом количестве, муравьи почти полностью переключаются на питание ими и могут в зародыше подавить очаги массового размножения вредных насекомых. Так, муравьи регулируют численность пядениц. Совок, пилильщиков. Они снижают численность шелкопрядов и других волосистых гусениц, а также майского хруща.

Обычно лесохозяйственное значение муравьев оценивают по числу приносимых в гнездо насекомых. Однако то лишь часть истребленных муравьями животных. Надо иметь в виду, что, нападая на различных беспозвоночных, муравьи далеко не всегда тут же овладевают добычей и переносят ее в гнездо. Часть насекомых все-таки ускользает от «охотников». Но даже непродолжительного контакта гусеницы с рыжими лесными муравьями или их единственным укусом достаточно, чтобы у гусеницы в дальнейшем пропал аппетит, затянулось развитие, и наступила гибель. Уже при трехминутном контакте с лесным муравьем погибают все гусеницы непарного шелкопряда. Из гусениц сибирского шелкопряда контактировавших с муравьями, окукливаются не более 10%. Таким образом, число погибших от муравьев вредителей значительно превышает число приносимых в муравейник насекомых.

Муравьи оказывают положительное влияние на почвообразовательные процессы. Они перемешивают почву, улучшают ее химический и механический состав. Прокладывая ходы, муравьи поднимают частицы почвы из нижних горизонтов в верхние. При этом улучшается доступ воздуха к корням растений. Следует подчеркнуть, что полезное перемешивание почвы происходит постоянно, так как муравьи непрерывно перестраивают свое гнездо.

В гнездах и вокруг них накапливается большое количество экскрементов, удобряющих почву. Муравьи, поселяющиеся в древесине и включающие в гнезда старые пни, участвуют в разрушении отмершей древесины, ускоряя тем самым процесс ее разложения. Кроме того, животные собирают в муравейник древесные и травянистые частицы, веточки, хвою, чешуйки, где их разложение идет значительно быстрее, чем на поверхности почвы. Это связано с более высокой, чем в окружающей почве, температурой гнезда, с развитием в муравейниках особой микрофлоры - бактерий, грибов. Таким образом, муравьи улучшают плодородие лесной почвы. Установлено, что деревья, корни которых попадают в зону влияния гнезда, быстро разрастаются, используя накапливаемые под муравейником питательные вещества.

Около муравейников гораздо лучше развит живой надпочвенный покров: масса травостоя, например, вокруг муравейника выше в 5-8 раз. Здесь развивается растительность требовательная к плодородию почвы.

Сами муравьи служат пищей многим позвоночным. Муравьями питаются певчие птицы, лесные куриные. Без муравьев невозможно нормальное развитие тетеревов и рябчиков. По тому в настоящее время при организации работ по

-10- восстановлению численности этих промысловых птиц планируется специальное расселение рыжих лесных муравьев. В целом муравьи способствуют увеличению численности ряда видов птиц, так как являются резервным кормом, помогая им пережить периоды бескормицы. Поедают муравьев многие земноводные животные, а также барсуки, лисицы, медведи и другие звери, имеющие хозяйственное и промысловое значение.

Чтобы сохранить полезные виды муравьев, прежде всего, необходимо охранять от повреждений все гнезда рыжих лесных муравьев. Следует помнить, что любое повреждение муравейника резко снижает активность муравьев в уничтожении вредных насекомых. При сильном повреждении гнезда семья не может защищать лес в течении 1-2 лет.

От степени разрушения муравейников зависит состояние семьи. Если разрушено более 50% муравейника, то он не восстанавливается и покидается муравьями. Средняя по силе муравьиная семья восстанавливает на 25% муравейник в течение 3-4 недель, а более слабая 2-2,5 месяца. Повторные разрушения гнезд вызывает переселение, а то и гибель семей. В местах поселения муравьев совершенно необходимо ограничить пастьбу скота, которая оказывает отрицательное воздействие на муравьев. Она приводит к гибели не только отдельные семьи ,но даже целые колонии.

После интересных опытов над рыжими лесными муравьями мы убедились, что муравьи удивительные обитатели леса. Они распространяют семена лесных растений. Поэтому муравьев нужно охранять и беречь. А разрушающие муравейники должны подвергаться административному штрафу. Мы продолжим работу по пропаганде знаний (чтение лекций, проведение бесед, изготовление агитационных плакатов) о лесе, его обитателях, особенно о муравьях. Будем проводить инвентаризацию и квартирование муравейников, причем особо выделим наиболее крупные естественные колонии муравейников, которые обычно используются при расселении этих полезных животных, будем огораживать муравейники с целью предохранения от разрушений.